Penentuan Tetapan Kesetimbangan, c

1. Penentuan Tetapan Kesetimbangan, c

Masih ingatkah Anda cara menentukan tetapan kesetimbangan untuk sistem reaksi yang homogen dan heterogen? Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.

N 2 (g) + 3H 2 (g) U 2NH 3 (g)

Dapatkah Anda menuliskan persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut? Berapakah nilai tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut? Untuk dapat menjawab pertanyaan ini, Anda harus mengetahui konsentrasi molar masing-masing zat yang ada dalam keadaan setimbang.

Konsentrasi molar zat-zat dalam sistem kesetimbangan hanya dapat diketahui dari hasil penyelidikan. O leh karena itu, nilai tetapan

Konsentrasi Awal, [A]

kesetimbangan hanya dapat diketahui setelah A nda melakukan penyelidikan ilmiah.

Masih ingatkah Anda dengan penyelidikan gangguan konsentrasi Kons. A Sisa

Kons. A Reaksi

terhadap reaksi kesetimbangan? Anda mereaksikan larutan Fe(NO 3 ) 3 dan [A] Kstb

[A] R

larutan KSCN, dapat ditulis dalam bentuk persamaan ionnya: Fe 3+ (aq) + SCN – (aq)

U Fe(SCN) 2+ (aq)

Kons. B Produk

Andaikan Anda mereaksikan Fe [B] (aq) 0,1 M dan SCN (aq) 0,5 M Kstb

pada suhu tertentu. Setelah reaksi mencapai keadaan setimbang, diketahui Gambar 5.10

bahwa konsentrasi Fe 3+ (aq) dalam sistem menjadi 0,04 M. Apakah makna Pereaksi A sebagian berubah yang terkandung dalam hasil penyelidikan ini? Untuk memahami makna menjadi B dan sisanya tetap sebagai

yang terkandung dalam penyelidikan Anda, simak diagram kesetimbangan A. Konsentrasi molar pada keadaan

kesetimbangan adalah [A] sisa dan pada Gambar 5.10. Konsentrasi awal masing-masing pereaksi adalah [Fe 3+ ] 0 [B] hasil reaksi.

= 0,1 M dan [SCN – ] 0 = 0,5 M. Setelah reaksi mencapai kesetimbangan

masih tersisa 0,04 M. Artinya, tidak semua Fe 3+ habis bereaksi. Konsentrasi Fe 3+ sisa tiada lain adalah konsentrasi Fe 3+ dalam keadaan kesetimbangan: [Fe 3+ ] kstb = 0,04 M, selebihnya telah berubah menjadi hasil reaksi, yaitu

sebanyak [Fe 3+ ] – [Fe 3+ 0 ] kstb = 0,06 M.

Berapa konsentrasi SCN – dan konsentrasi Fe(SCN) 2+ yang berada dalam kesetimbangan? Jawaban ini dapat diketahui berdasarkan koefisien reaksinya. Oleh karena rasio stoikiometri SCN – terhadap Fe 3+ = 1:1 maka konsentrasi SCN – yang bereaksi dengan Fe 3+ sama, yaitu 0,06 M sehingga konsentrasi SCN – dalam kesetimbangan [SCN – ] kstb adalah 0,5 M – 0,06 atau M = 0,44 M.

Konsentrasi Fe(SCN) 2+ dalam kesetimbangan, juga dapat dihitung berdasarkan rasio stoikiometrinya, hasilnya: [Fe(SCN) 2+ ] kstb = 0,06 M. Data hasil penyelidikan dapat diungkapkan ke dalam bentuk diagram kesetimbangan sebagai berikut.

[A] Reaksi

[Fe 3+ ] 0 + [SCN – ] 0

[Fe ] 0 + [SCN ] 0 [Fe(SCN ) ] Kstb

[A] Sisa

Untuk memudahkan perhitungan, data konsentrasi masing-masing zat dapat juga ditabulasikan ke dalam tabel seperti berikut.

Tabel 5.2

Contoh Tabulasi Data Sistem Kesetimbangan Fe 3+ + SCN –

FeSCN U 2+

Spesi Kimia

Fe 3 SCN –

FeSCN 2

Konsentrasi awal (M)

Konsentrasi yang berubah (M)

Konsentrasi kesetimbangan (M)

Kesetim bangan Kim ia

Untuk menentukan nilai tetapan kesetimbangan, nilai konsentrasi masing-masing spesi dalam keadaan kesetimbangan dimasukkan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

[FeSCN ] 2+

atau K =

c (0,04)(0,44) Dengan demikian, tetapan kesetimbangan hanya dapat ditentukan

[Fe ][SCN ]

berdasarkan hasil penyelidikan yang dilakukan pada suhu tetap.

Contoh 5.5

Menentukan Nilai Tetapan Kesetimbangan

Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut. PCl 5 (g) U PCl 3 (g) + Cl 2 (g)

Jika konsentrasi awal PCl 5 0,1 M dan setelah kesetimbangan tercapai ditemukan gas Cl 2 0,025 M, berapakah tetapan kesetimbangan untuk sistem tersebut?

Jawab:

1. Gunakan rasio stoikiometri untuk menentukan: konsentrasi PCl 5 yang terurai dan PCl 5 sisa. konsentrasi PCl 3 yang terbentuk. 2. Hitung tetapan kesetimbangannya. Diagram reaksi kesetimbangan: PCl 5 → PCl 3 + Cl 2

Terurai

0,025M

PCl 5 0,1M

Sisa

PCl 5

Oleh karena koefisien reaksi sama (RS = 1 : 1) maka konsentrasi molar PCl 5 terurai dan PCl 3 terbentuk sama dengan konsentrasi Cl 2 dalam kesetimbangan, yakni 0,025M. Konsentrasi PCl 5 sisa adalah selisih [PCl 5 ] awal dan [PCl 5 ] terurai.

at

PCl 5 PCl 3 Cl 2

[Awal] /M

[Berubah] / M

0,025 Setelah konsentrasi molar masing-masing zat dalam keadaan kesetimbangan diketahui

[Setimbang]/M

maka tetapan kesetimbangan dapat dihitung, yaitu: [PCl ] 5 0,075

[PCl ][CL ] 3 2 (0,025)(0,025) Jadi, nilai K c untuk reaksi tersebut adalah 120.

Pada uraian tersebut, sistem reaksi kesetimbangan memiliki rasio stoikiometri atau koefisien reaksi yang sama. Bagaimana jika koefisien reaksi dalam kesetimbangan berbeda? Simak contoh soal berikut.

Contoh 5.6

Menentukan Konsentrasi at dalam Kesetimbangan

Ke dalam reaktor dengan volume 10 L diisi 4 mol HI. Pada 400°C terbentuk reaksi kesetimbangan menurut persamaan berikut: 2HI(g) U H 2 (g) + I 2 (g). Berapakah konsentrasi masing-masing zat pada keadaan setimbang? Diketahui harga K c = 0,695.

Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI

Jawab:

1. Hitung konsentrasi molar HI awal. 2. Buat diagram reaksi kesetimbangan. Sisipkan konsentrasi zat yang diketahui dan buat pemisalan untuk zat yang tidak diketahui, misalnya [x].

3. Tentukan konsentrasi molar HI terurai, HI sisa, serta H 2 dan I 2 yang terbentuk

berdasarkan rasio stoikiometrinya. •

Konsentrasi awal [HI] 0 = 4 mol/10 L = 0,4 M.

• Diagram reaksi kesetimbangannya:

0,4M Sisa

2HI (0,4 – 2x)

Jika [HI] terurai 2x M maka [H 2 ] dan [I 2 ] terbentuk adalah x M, dan

[HI] sisa = (0,4 – 2x) M. Nilai x dapat ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan, yaitu:

Mahir Menjawab

[H ][I ] K

2 2 (x)(x)

c = 2 atau 0,695=

Dalam suatu tempat tertutup,

[Hl] 2 (0,4 − 2x)

berlangsung kesetimbangan:

Jika persamaan di atas dihitung secara aljabar akan diperoleh persamaan kuadrat PCl 5 (g) U PCl 3 (g) + Cl 2 (g)

sebagai berikut: jika volume diperkecil, dengan 1,78x 2

tetap menjaga suhu, maka:

– 1,11x + 0,11 = 0

1. jumlah mol PCl 3 berkurang

Dengan menggunakan rumus persamaan kuadrat

2. harga K C tidak berubah 2

3. jumlah mol PCl 5 bertambah

− b b − 4ac

x= maka x = 0,5 atau x = 0,124

4. jumlah mol Cl

2 berubah

1 2a 2 Pernyataan yang benar Jika nilai x diambil maka konsentrasi HI yang terurai 2(0,5) = 1,0 M, sedangkan

konsentrasi HI awal lebih kecil, yakni 0,4 M (tidak realistik).

C. 2 dan 4

Oleh karena itu, nilai x yang mewakili penguraian HI adalah x 2 = 0,124.

D. 1, 2, dan 4

Dengan demikian, konsentrasi masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah

E. 1, 2, 3, dan 4

[H 2 ] = x = 0,124 M; [I 2 ] = x = 0,124 M;

Pembahasan

[HI] = 0,4 – 2x = 0,152 M

Jika volum e diperkecil, reaksi ber- geser ke arah jumlah koefisien ter- kecil (ke arah kiri) akibatnya: •

jumlah mol PCl 3 berkurang

Contoh 5.7

h arg a K c t et ap (karen a su h u t et ap )

Menentukan Konsentrasi at dan Tetapan Kesetimbangan

jumlah mol PCl 5 bertambah

Gas CO dan gas H 2 bereaksi menurut persamaan berikut:

jumlah mol Cl 2 berkurang

CO(g) + 3H Jadi, jawabannya (A)

2 (g) U CH 4 (g) + H 2 O(g)

UNAS 2004

Jika konsentrasi awal CO dan H 2 masing-masing 0,75 M, dan setelah kesetimbangan dicapai diketahui terdapat H 2 O 0,15 M. Berapakah konsentrasi molar masing-masing

zat dalam kesetimbangan? Berapa tetapan kesetimbangannya?

Jawab:

1. Buat diagram reaksi kesetimbangan. 2. Tentukan konsentrasi molar masing-masing zat dalam kesetimbangan. 3. Hitung tetapan kesetimbangan.

CO + 3H Reaksi

CO + 3H 2 (0,75 – x) (0,75 – 3x)

Konsentrasi zat dalam keadaan kesetimbangan dapat ditentukan berdasarkan

perbandingan koefisien reaksi terhadap konsentrasi molar H 2 O.

[H 2 O] Kstb = 0,15 M [CH 4 ] Kstb

= 0,15 M

Kesetim bangan Kim ia

[CO] Kstb

= (0,75 – 0,15) M

[H 2 ] Kstb

= (0,75 – 0,45) M

Hasilnya ditabulasikan dalam tabel berikut:

C Kstb (M)

Sekilas Harga tetapan kesetimbangannya sebagai berikut.

Kimia

[CH ][H O] 4 2 (0,15)(0,15)

3 [CO][H ] = 1,,39

Toksisitas CO

Manusia, seperti halnya makhluk hidup lainnya membutuhkan

2. Manipulasi Tetapan Kesetimbangan

oksigen yang diperoleh melalui proses bernapas. Setiap manusia

Jika reaksi yang berada dalam kesetimbangan dipelajari dari arah

bernapas sekitar 500 mL udara

sebaliknya atau konsentrasi molar zat-zat yang bereaksi digandakan dengan

masuk ke dalam paru-paru. Dari nilai tersebut hanya sekitar 3% terlarut

faktor tertentu, bagaimana nilai tetapan kesetimbangannya? Semua

dalam darah selebihnya berikatan

manipulasi ini akan memengaruhi nilai tetapan kesetimbangan.

dengan molekul hemoglobin (Hb). Reaksi oksigen dengan hemoglobin

a. Pembalikan Arah Reaksi Kesetimbangan

merupakan suatu sistem kesetimbangan.

Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikaji dari arah yang berlawanan Hb + O 2 U HbO

maka nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan kebalikkan dari

2 Apakah yang terjadi apabila

tetapan semula.

dalam udara yang kita hirup terdapat gas CO? Hemoglobin memiliki

Contoh:

afinitas yang lebih besar terhadap

Tinjau sistem reaksi kesetimbangan berikut.

CO dibanding O 2 . Akibatnya, sistem kesetimbangan mengalami

PCl 3 (g)+ Cl 2 (g)

PCl 5 (g)

gangguan berupa pengurangan

Persamaan untuk tetapan kesetimbangannya:

konsentrasi Hb. Menurut asas Le Chatelier gangguan tersebut

akan menyebabkan kesetimbangan

bergeser ke arah kiri. Ini berarti, pasokan O

Jika dipelajari dari arah sebaliknya, PCl (g)

5 PCl 3 (g)+ Cl 2 (g)

2 kepada sel tubuh

berkurang. Apabila keadaan

Maka persamaan tetapan kesetimbangannya:

berlanjut dapat menyebabkan kematian.

Sumber: Chemistry The Central Science, 2000

atau K c =